ISOMERISME KONFORMASIIsomersime konformasiadalah sebuah bentukstereoisomerismedarimolekul-molekuldenganrumus strukturalyang sama namun konformasiyang berbeda disebabkan karenarotasiatompadaikatan kimia. Konformer yang berbeda dapat saling berubah dengan melakukan rotasi pada ikatan tunggal tanpa memutuskanikatan kimia. Keberadaan lebih dari satu konformasi, biasanya dengan energi yang berbeda, dikarenakan oleh rotasihibridisasi orbitalsp3atom karbon yang terhalang. Isomerisme konformasi hanya terjadi pada ikatan tunggal karena ikatan rangkap dua dan rangkap tiga mempunyaiikatan piyang menghalangi rotasi ikatan. Perbandingan stabilitas konformer-konformer yang berbeda biasanya dijelaskan dengan perbedaan dari kombinasitolakan sterikdanefek elektronik. Contoh isomer konformasi adalah sikloheksana konformasi kursi dan biduk. Kedua konformasi tersebut mempunyai tingkat energi yang berbeda. Senyawa-senyawa borisomeri konformasi hanya dapat dipisahkan pada kondisi ekstrim (misal temperatur yang sangat rendah).

Konformasi = bentuk molekul sesaat (sementara) akibat dari terjadinya rotasi ikatan tunggal.Terdapat dua bentuk isomerisme konformasi yang penting:1. Konformasi alkana linear, dengan konformer anti, tindih, dan gauche2. Konformasi sikloheksana, dengan konformer kursi dan perahu.

a. Struktur 3-D, Proyeksi Newman Dan Proyeksi Fischer Ada tiga teknik menggambar yang lazim digunakan adalah menggambar struktur 3-D (tiga dimensi), proyeksi Newman, dan proyeksi Fischer. Struktur 3-D pertama kali diperkenalkan berdasarkan fakta bahwa atom karbon sp3 mempunyai bentuk tetrahedral dengan sudut keempat ikatannya 1090. Dua atom atau gugus atom disekitar atom karbon pusat, yang berada dalam bidang kertas, digambarkan dengan garis biasa. Atom atau gugus atom ketiga digambarkan dengan garis putus-putus yang bermakna mengarah ke belakang (menjauhi pembaca). Sedangkan atom atau gugus atom keempat yang mengarah ke depan kearah pembaca ditgambarkan dengan garis tebal.

Sementara proyeksi Newman adalah bentuk lain dari struktur 3-D, dimana dua atom karbon bertetangga yang menjadi pusat perhatian, digambar berhimpit sehingga posisi masing-masing atom atau gugus atom disekitar kedua atom karbon tersebut tampak dengan jelas. Salah satu manfaat teknik menggambar struktur 3-D dan proyeksi Newman adalah pada penentuan konfigurasi absolut suatu senyawa.

Sedangkan proyeksi Fischer sangat bermanfaat dalam penulisan struktur molekul gula (monosakarida). Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam penulisan proyeksi Fischer. Proyeksi Fischer adalah penggambaran struktur 3-D dalam bentuk 2-D (dua dimensi). Pada proyeksi Fischer rantai karbon ditulis dari atas kebawah, dimana gugus yang paling tinggi prioritasnya diletakkan pada bagian atas. Setiap persilangan garis mengandung satu atom karbon. Atom atau gugus atom disebelah kiri dan kanan dari rantai karbon berarti berada dibagian depan bidang (mengarah kedepan kearah pembaca) dan yang bagian atas atau bawah dari atom karbon yang manjadi perhatian berada dibelakang bidang (menjauhi pembaca).

b. Konformasi Alkana Dan SikloalkanaSetiap atom karbon dalam senyawa alkana dan sikloalkana membentuk empat ikatan tunggal atau memiliki hibridisasi sp3. Adanya ikatan tunggal ini menyebabkan atom-atom dalam molekul alkana dan sikoalkana bisa mengalami perubahan orientasi karena ikatan tunggal dapat berotasi. Perubahan orientasi ini disebut konformasi. Kecuali metana, etana, dan propana, setiap konformasi memiliki tingkat energi molekul yang berbeda-beda. Sebagai contoh molekul butana. Rotasi ikatan C2 C3 dari 0 3600 akan menghasilkan perubahan konformasi dari anti-eklips-gauce-eklips-gauce-eklips-anti diikuti dengan perubahan energi mekanik molekul. Perubahan energi mekanik molekul dari konformasi anti ke konformasi eklips metil, konformsi anti ke konformasi eklips, dan konformasi anti ke konformasi gauce, berturut-turut adalah 5 kkal/mol; 3,4 kkal/mol dan 0,8 kkal/mol.

c. Konformasi Etana Bentuk molekul menyajikan susunan atom-atom molekul dalam ruang. Bagaimanapun. Atom tidaklah terikat dengan kaku pada posisinya karena adanya gerakan internal molekuL Dengan alasan ini. bahkan motekul sederhana seperti etana mungkin dan sisi strukturnya Iebih rumit dan yang kita pikirkan. Dua atom C dalam etana terhibridisasi sp3 dan atom-atom tersebut terikat melalui ikatan sigma (lihat Subbab 10.4). Ikatan sigma mempunyai simetri berbeniuk silinder. yaltu. tumpang-tindih orbital-orbital sp1 adalah sama tenlepas dan adanya rotasi ikatan CC. Namun rotasi ikatan ini tidak sepenuhnya bebas karena adanya interaksi antar atom H pada atom C yang berbeda. Gambar 11.4 menunjukkan dua konformasi ekstrim dari etana. Konformasi (conformation) adalah susunan berbeda untuk molekul datum ruang yang dihasilkan oleh rotasi terhadap ikatan tunggal. Pada konformasi terbuka (staggered conformation). ketiga atom H pada saw atom C mengambil posisi menjauh dari ketiga atom H pada atom C lainnya. sedangkan pada konformasi gerhana (eclipsrd confornw:ion) kedua gugus atom H terletak sejajar antara satu dengan lainnya.

Cara efektif dan lebih sederhana untuk melihat kedua konformasi mi adalah dengan menggunakan proyeksi Newinan. seperti yang dilunjukkan pada (gambar 11.4. Perhatikan ikatan CC yang legak lurus dengan kertas. Kedua atom C diwakili oleh suatu lingkaran. Ikatan CH yang terkait dengan atom C depart berupa garis yang menuju ke pusat Iingkaran. dan ikatan CH yang terkait dengan atom C belakang tampak seperti garis yang menuju ke tepi Iingkaran. Bentuk gerhana dan dana kurang stabil dibandingkan bentuk terbuka. Gambar 11.5 mcnunjukkan penibahan energi potensial etana sebagai fungsi rotasi. Roasi saw gugus CH relatit terhadap gugus yang lain digambarkan dengan sudut antara ikatan C-H pada karbon depan dan karbon belakang. yang disebut sudut dihedral. Sudut dihedral untuk konfonnasi gerhana yang periama adalab nol. Rotasi scarah jarum jam sebesar 600 sekitar ikatan C--C menghasilkan konformasi terbuka, yang akan berubah menjadi konformasi gerhana Iainnya dengan rotasi serupa dan seterusnya. Analisis konformasi molekul sangat penting untuk memahami rincian reaksi mulai dan hidrokarbon sederhana sampai protein dan DNA.

Struktur etana: analisis konformasionalTeori atom karbon tetrahedral dan struktur benzene memberikan fondasi teori struktur senyawa organik. Namun, vant Hoff dan kimiawan lain mengenali bahwa masih ada masalah yang tersisa dan tidak dapat dijelaskan dengan teori karbon tetrahedral. Masalah itu adalah keisomeran yang disebabkan oleh adanya rotasi di sekitar ikatan tunggal. Bila rotasi di sekitar ikatan C-C dalam 1,2-dikhloroetana CH2ClCH2Cl terbatas sebagaimana dalam kasus asam fumarat dan maleat, maka akan didapati banyak sekali isomer. Walaupun vant Hoff awalnya menganggap adanya kemungkinan seperti itu, ia akhirnya menyimpulkan bahwa rotasinya bebas (rotasi bebas) karena tidak didapati isomer rotasional akibat batasan rotasi tersebut. Ia menambahkan bahwa struktur yang diamati adalah rata-rata dari semua struktur yang mungkin.Di tahun 1930-an dibuktikan dengan teori dan percobaan bahwa rotasi di sekitar ikatan tunggal tidak sepenuhnya bebas. Dalam kasus etana, tolakan antara atom hidrogen yang terikat di atom karbon dekatnya akan membentuk halangan bagi rotasi bebas, dan besarnya tolakan akan bervariasi ketika rotasi tersebut berlangsung. Gambar 4.8(a) adalah proyeksi Newman etana, dan dapat melihat molekul di arah ikatan C-C. Atom karbon depan dinyatakan dengan titik potong tiga garis pendek (masing-masing mewakili ikatan CH) sementara lingkaran mewakili arom karbon yang belakang. Keseluruhan gambar akan berkaitan dengan proyeksi molekul di dinding di belakangnya. Demi kesederhanaan atom hidrogennya tidak digambarkan (b) Bila sudut orsinya 0, 120, 240 dan 360, bagian belakang molekul berimpitan eclipsed dengan bagian depan. Bila anda menggambarkan proyeksi Newman dengan tepat berimpit, anda sama sekali tidak dapat melihat bagian belakang. Secara konvensi, bagian belakang diputar sedikit agar dapat dilihat.Gambar 4.8(b) adalah plot energi-sudut torsi.

Gambar 4.8 Analisis konformasional. Dalam gambar (a) (proyeksi Newman), Anda Bila sudut rotasi (sudut torsi) 0, 60, 120 dan 180, energi molekul kalau tidak maksimum akan minimum. Struktur (konformasi) dengan sudut torsi 0 atau 120 disebut dengan bentuk eklips, dan konformasi dengan sudut torsi 60atau 180 disebut bentuk staggered. Studi perubahan struktur molekular yang diakibatkan oleh rotasi di sekitar ikatan tunggal disebut dengan analisis konformasional. Analisis ini telah berkembang sejak tahun 1950-an hingga kini.Analisis konformasional butana CH3CH2CH2CH3 atas rotasi di sekitar ikatan C-C pusat, mengungkapkan bahwa ada dua bentuk staggered. Bentuk trans, dengan dua gugus metil terminal di sisi yang berlawanan, berenergi 0,7 kkal mol1 lebih rendah (lebih stabil) daripada isomer gauche yang dua gugus metilnya berdekatan.Hasil ini dapat diperluas ke senyawa-senyawa semacam pentana dan heksana yang memiliki lingkungan metilena tambahan, dan akhirnya pada poloetilena yang dibentuk oleh sejumlah besar metilen yang terikat. Dalam semua analisis ini, struktur trans, yakni struktur zig zag, adalah yang paling stabil. Namun, ini hanya benar dalam larutan. Untuk wujud padatnya faktor lain harus ikut diperhatikan.

Analisis konformasional konformerDalam kasus 1,2-dikhloroetana, bentuk trans lebih stabil daripada bentuk gauche. Di pihak lain, dalam kasus etilen glikol (1,2-etanadiol; digunakan secara luas sebagai cairan antibeku) bentuk gauche lebih stabil daripada bentuk trans walaupun struktur molekulnya sangat mirip dengan 1,2- dikhloroetana.Dalam bentuk gauche etilen glikol ikatan hidrogen intramolekul akan terjadi dan menstabilkan struktur. Ikatan semacam ini tidak ada dalam bentuk trans.

Bentuk gauche bentuk transd. Kestabilan Sikloalkana Siklopropana adalah sikloalkana paling sederhana dengan bentuk cincin karbon segitiga datar dengan sudut ikatan C-C-C = 60o, atom hidrogen terletak di atas dan di bawah bidang segitiga dengan sudut H-C-H = 120o.

Jika suatu atom karbon membentuk 4 ikatan, maka sudut antara pasangan ikatan adalah 109,5o (sudut tetrahedral). Sudut ikatan C-C dalam siklopropana adalah 60o dan siklobutana adalah 90o. Karena itu pada siklopropana dan siklobutana, sudut ikatan tetrahedral harus ditekan menjadi menjadi 60 dan 90o, sehingga cocok dengan susunan geometri dari cincin lingkarnya. Menurut Bayer, adanya penyimpangan sudut ikatan pada siklopropana dan siklobutana menyebabkan adanya tegangan dalam molekul dan menghasilkan struktur yang kurang stabil dibandingkan struktur yang mempunyai sudut ikatan mendekati tetrahdral. Adanya tegangan ikatan C-C yang cukup besar dalam siklopropana mempengaruhi reaksi kimianya, yaitu reaksi yang menghasilkan struktur yang mengurangi tegangan struktur dengan cara pembukaan cincin (reaksi adisi sikloalkana). Misalnya brominasi siklopropana dengan katalis AlCl3.

Sikloalkana dengan jumlah atom karbon lebih dari tiga akan membentuk lipatan/lekukan, sehingga tidak membentuk bidang datar. Meskipun lekukan menjadikan ikatan salah satu sudut C-C-C lebih kecil dari pada bila membentuk bidang datar, namun dengan lekukan maka atom-atom hidrogen menjadi kurang eclips, sehingga tegangan dan tolakan antar atom membentuk struktur yang paling stabil.

Terjadinya lekukan cincin lingkar dengan enam karbon menghasilkan konformasi kursi. Dengan bentuk kursi, sudut ikatan C-C menjadi sama dengan sudut ikatan tetrahedral dan posisi atom hidrogen yang terikat pada atom karbon di sebelahnya staggered, sehingga tolakan antara atom H menjadi minimum. Dalam konformasi kursi, ada dua jenis posisi atom hidrogen yang berbeda, yaitu aksial dan ekuatorial. Hidrogen aksial terletak di bawah dan di atas bidang yang dibentuk oleh cincin atom karbon, sedangkan hidrogen equatorial terletak sepanjang bidang (pada satu bidang) dengan atom-atom karbon. Bila tiga atom karbon yang berselang satu karbon yang lain dilekukkan ke arah berlawanan (yang semula pada posisi atas dijadikan posisi bawah), maka atom hidrogen aksial pada cincin itu akan dirubah menjadi hidrogen ekuaorial. Perubahan konformasi ini pada suhu tinggi terjadi secara sangat cepat dan terus menerus. Tetapi pada suhu sangat rendah, misalnya -100oC, konformasi yang satu dapat dipisahkan dari konformasi yang lain. Kestabilan termodinamika struktur sikloheksana tersubstitusi sangat ditentukan oleh posisi aksial atau ekuatorial substituennya. Misalnya, metil sikloheksana lebih setabil bila gugus metil ada pada posisi ekuatorial.

Lekukan atom karbon dalam sikloheksana dapat membentuk konformasi perahu.

Berdasarkan uraian mengenai sudut ikatan dan lekukan bidang pada sikloalkana, dapat dikatakan bahwa kestabilan struktur sikloalkana dapat dilihat dari adanya tegangan sudut ikatan dan adanya interaksi dua atom atau gugus atom yanng tidak terikat satu sama lain secara lansung tetapi dapat berinteraksi satu sama lain (dengan interaksi sterik dan dipol-dipol).Pada kondisi (lingkungan) tertentu, setiap molekul berada pada konformasi tertentu pula, karena konformasi ini sangat dipengaruhi oleh tingkat energi dilingkungannya. Pada tingkat energi rendah, molekul butana berada dalam bentuk konformasi anti, dan dalam bentuk konformasi eklips metil pada tingkat energi tinggi. Untuk senyawa sikloalkana, konformasi juga terjadi seiring dengan perubahan tingkat energi lingkungannya. Misalnya sikloheksana yang berada dalam bentuk konformasi kursi pada temperatur rendah dan konformasi biduk pada temperatur tinggi. Pada konformasi kursi, tingkat energi molekul terendah karena jarak antar atom maksimum.Reaksi yang bergantung pada konformerMekanisme eliminasi E2bergantung pada konfigurasi substituen dalam bentukantiperiplanar. Prasyarat reaksi ini sangat penting dalam pemahaman lintasan reaksi eliminasi organik, terutama senyawa-senyawa yang melibatkan alkana siklik berhalogen. Duasubstituenyang bersebelahan pada alkana siklik hanya dapat menjalani eliminasi E2 jika kedua-duanya berada pada posisi aksial pada cincin. Kombinasi dari substituen aksial dan ekuatorial tidak akan dapat bereaksi dengan mekanisme E2.

DAPUSChang, Raymon.2002. Kimia Dasar konsep-Konsep Inti. Jakarta. Erlangga hal:335-337Solomons, T.W.G. 1982. fundamentals of organic chemistry. John Wiley & Sons, Inc. New York. USAInternational Union of Pure and Applied Chemistry. 1996. "Rotamer".Compendium of Chemical Terminology. Diakses pada 9 oktober 2015